计算机操作系统WIN95/WIN98/LINUX(第二版)

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isbn号码:9787801103710
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具体描述

图书简介:嵌入式系统设计与实践(第三版) 作者: 张明 著 出版社: 机械工业出版社 出版时间: 2023年10月 --- 内容概述 本书是面向电子工程、计算机科学及相关专业本科高年级学生和工程技术人员的权威教材与实践指南。它系统、深入地介绍了嵌入式系统的基本原理、硬件架构、软件开发流程、实时操作系统(RTOS)的应用以及现代嵌入式系统设计中的关键技术,特别侧重于当前主流的ARM Cortex-M系列微控制器和物联网(IoT)应用场景。 全书结构严谨,理论与实践紧密结合,旨在帮助读者建立扎实的理论基础,并掌握从概念设计到产品实现的完整工程能力。 第一部分:嵌入式系统基础与硬件平台 第一章:嵌入式系统概述 本章首先界定嵌入式系统的概念、特征(如实时性、资源受限性、专用性)及其在现代社会中的广泛应用领域,如工业控制、消费电子、医疗设备和汽车电子。随后,详细阐述了嵌入式系统的基本结构层次,包括感知层、处理层和执行层。本章还会对嵌入式系统与通用计算机系统的本质区别进行深入剖析,为后续学习打下基础。 第二章:微控制器(MCU)体系结构 本章聚焦于嵌入式系统核心——微控制器。详细介绍了基于冯·诺依曼和哈佛结构的差异,重点讲解了ARM Cortex-M系列处理器的核心架构,包括程序计数器(PC)、寄存器组、堆栈指针(SP)以及关键的流水线工作原理。我们选取STM32F4系列作为主要的实践平台进行剖析,包括其总线架构(AHB/APB)、存储器映射、时钟树配置(RCC)的复杂性与优化方法。 第三章:存储器系统与数据表示 深入探讨嵌入式系统中的存储器层次结构,包括SRAM、Flash、EEPROM及其在系统启动过程中的作用。详细讲解了数据在内存中的对齐、大小端模式的转换与影响,以及程序代码(Text段、Data段、BSS段)在内存中的分配和加载机制。本章还引入了位操作的底层优化技巧,对于资源受限的环境至关重要。 第四章:系统级输入/输出(I/O)接口 本章系统地介绍了MCU与外部世界交互的关键外设。内容覆盖: 1. 通用异步收发器(UART/USART): 讲解波特率计算、数据帧格式及中断驱动的数据收发。 2. 定时器(Timer): 深入讲解通用定时器(GTIM)、基础定时器(BTIM)在产生精确延时、周期性事件和脉冲宽度调制(PWM)输出中的应用。 3. 模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC): 阐述采样定理、量化误差,以及在高速数据采集中的序列采样和 DMA 协同工作模式。 第二部分:嵌入式软件开发与工具链 第五章:C/C++在嵌入式环境中的应用 本章专注于嵌入式软件开发的首选语言C语言的“嵌入式特性”。讲解 volatile 关键字的真正含义、指针的各种用法(包括函数指针和指向结构的指针),以及`const`在硬件访问中的最佳实践。同时,引入C++在大型嵌入式项目中的优势,探讨面向对象编程在资源受限设备上的适用性与陷阱。 第六章:嵌入式编译与链接 这是理解系统启动和程序执行流程的关键章节。详细剖析交叉编译工具链(GCC for ARM)的工作流程:预处理、编译、汇编和链接。重点解析链接脚本(Linker Script)的编写与修改,如何根据具体硬件修改内存分区、重定位代码段,以及如何处理符号冲突。 第七章:中断与异常处理机制 详尽解析ARM Cortex-M的嵌套向量中断控制器(NVIC)。讲解中断的优先级分组(Preemption/Sub-priority)、中断服务程序(ISR)的编写规范、上下文的自动保存与恢复机制。本章通过实例演示如何处理高频外部中断和系统异常(如HardFault)。 第八章:直接硬件访问与驱动开发 本章教授如何不依赖高级库,直接通过寄存器操作(Memory-Mapped I/O)来配置和控制硬件外设。内容包括位域操作宏的封装、位掩码的使用,并以此为基础,构建一个简洁、高效的GPIO和UART设备驱动框架,强调代码的可移植性和效率优化。 第三部分:实时操作系统(RTOS)与高级应用 第九章:实时操作系统(RTOS)核心概念 本章是实现复杂嵌入式软件的关键。系统介绍RTOS的必要性,对比时间片轮转和抢占式多任务系统的区别。深入讲解任务管理(Task Control Block, TCB)、任务调度算法(固定优先级、轮转、优先级继承/天花板协议)。 第十章:任务间通信与同步 详述RTOS提供的IPC(Inter-Process Communication)机制,并分析其适用场景: 1. 信号量(Semaphore)与互斥锁(Mutex): 解决竞态条件和资源互斥访问问题,重点讨论优先级反转现象及其解决策略。 2. 消息队列(Message Queue): 用于异步数据传输和解耦。 3. 事件标志组(Event Flags): 用于任务间的同步等待。 第十一章:内存管理与动态分配 探讨嵌入式RTOS中的内存管理挑战,如内存碎片化问题。详细分析内存池(Memory Pool)、动态堆(Heap)管理(如First-Fit、Best-Fit算法)的优缺点,并给出在资源受限环境下安全使用`malloc/free`的最佳实践。 第十二章:嵌入式系统调试与性能分析 本章侧重于软件工程实践。介绍JTAG/SWD调试接口的使用,讲解断点、观察点、单步执行和堆栈追踪等调试技术。同时,引入逻辑分析仪和示波器在验证时序、分析总线通信和测量功耗方面的应用,并讲解代码覆盖率和运行时性能剖析(Profiling)的方法。 附录 附录A:Keil MDK 和 GCC 编译环境配置指南 附录B:STM32F4xx 时钟树配置速查表 附录C:嵌入式系统常见设计模式(如状态机模式、观察者模式) --- 本书特色: 平台聚焦: 紧密围绕最流行的Cortex-M架构,实战性强。 深入底层: 不停留在API调用层面,而是追溯到寄存器和硬件手册的细节。 实践驱动: 全书配有大量基于HAL库和寄存器操作的工程示例代码,可直接在主流开发板上编译运行。 面向工程: 强调软件可靠性、实时性保证和调试技巧,培养系统级思维。

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读后感

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用户评价

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这本书的进程管理部分,也给我留下了极其深刻的印象。在Windows 95/98时代,我们更多地关注的是任务管理器里那些不断跳动的进程ID和CPU占用率,而这本书则将我们带入了进程的生命周期,从创建、就绪、运行、等待到终止,每一个环节都讲解得细致入微。它不仅解释了进程和线程的区别,还深入探讨了它们之间的通信机制(IPC),比如管道、消息队列、共享内存等。我尤其对书中关于Windows 95/98中多任务处理的实现方式感到好奇,书中的分析揭示了其内在的调度算法,虽然相对来说可能不如后来的NT内核那样精妙,但其设计思路和在那个时代所达到的效果,仍然值得我们去学习和借鉴。 而当切换到Linux的部分,书中对进程调度的阐述就显得尤为精彩。Linux内核在进程调度方面,经历了多次迭代和优化,从早期的O(1)调度器到如今 CFS (Completely Fair Scheduler),每一种调度器都有其独特的思想和实现方式。这本书并没有简单地介绍这些调度器的名字,而是深入剖析了它们的设计哲学、算法逻辑以及在不同负载下的性能表现。我曾尝试着在Linux环境下通过一些命令来观察进程的优先级和调度行为,但总觉得隔靴搔痒,读了这本书之后,我才明白了,原来那些看似随机的进程切换背后,隐藏着如此精巧的数学模型和工程权衡。书中还通过大量图示和伪代码,将抽象的调度过程可视化,这对于我这种不太喜欢纯理论推导的读者来说,简直是福音。它让我能够更直观地理解,为什么Linux能够在高并发场景下依然保持良好的响应速度,以及如何通过调整调度器参数来优化系统性能。

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文件系统部分,无疑是这本书的另一大亮点。对于Windows用户而言,FAT16、FAT32以及后来的NTFS,是日常接触最多的文件系统。这本书并没有停留在用户层面,而是深入到文件系统的内部结构,比如文件分配表、目录结构、簇的概念,以及NTFS在日志记录、文件权限、硬链接和软链接等方面的优势。我回想起当年使用Windows 98时,经常会因为文件碎片化导致系统运行缓慢,这本书解释了碎片化产生的原因以及文件系统如何通过不同的方式来管理磁盘空间,这让我对于如何更有效地管理硬盘有了更深的认识。 而Linux下的文件系统,如Ext2、Ext3、Ext4以及更现代的XFS、Btrfs等,书中都进行了详尽的介绍。我对Ext4文件系统的一些特性,比如期刊日志、Extent(扩展属性)以及它对大文件和SSD的支持,尤其感到兴趣。书中不仅解释了这些特性是什么,更重要的是阐述了它们是如何工作的,以及它们为文件系统带来了哪些性能上的提升和稳定性上的保障。我曾经在Linux环境下进行过一些文件读写性能的测试,但始终不明白为什么某些操作会比预期的要慢。读了这本书之后,我才意识到,文件系统的设计选择,以及其内部的元数据管理、数据块分配策略,都对实际性能有着至关重要的影响。书中对于文件系统一致性、数据恢复等方面的讨论,也让我对于数据安全有了更深刻的理解。

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总而言之,阅读《计算机操作系统WIN95/WIN98/LINUX(第二版)》的过程,就像是在进行一次跨越式的知识探索。这本书以其严谨的学术态度、详实的资料、以及深入浅出的讲解方式,为我打开了一扇通往操作系统世界的大门。它不仅仅是一本书,更是一位良师益友,陪伴我度过了这段充实而富有成效的学习时光。从Windows 95/98早期个人电脑的普及,到Linux作为开源世界的强大力量,这本书将历史的进程与技术的核心融为一体,让我深刻地理解了操作系统的演变和发展。 书中对于各种概念的阐述,都力求做到深入透彻,无论是内存管理中的分页与分段,还是进程调度中的各种算法,亦或是文件系统中的数据结构和访问控制,都得到了详细的解析。更重要的是,它没有局限于单一操作系统的视角,而是通过对比分析,揭示了不同操作系统在设计理念和实现方式上的差异与共通之处。这种宏观的视角,极大地提升了我对操作系统整体框架的理解。在阅读过程中,我曾多次停下来,回忆自己过往使用这些操作系统的经历,很多曾经模糊不清的疑问,在读完相关的章节后,都得到了清晰的解答。这种“豁然开朗”的体验,是阅读一本好书带来的最大快乐。

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作为一名在IT领域摸爬滚打多年的技术爱好者,最近终于静下心来,捧读了《计算机操作系统WIN95/WIN98/LINUX(第二版)》。说实话,拿到这本书的时候,我心里还是有点忐忑的,毕竟“操作系统”这个主题本身就充满了深度和广度,而这本书一下子涵盖了三个跨越了不同时代和不同设计理念的操作系统,而且还是第二版,这意味着其中很可能包含了我过去学习和实践中未曾深入了解的细节。然而,一旦翻开第一页,那些曾经让我望而却步的概念,就如同被一股无形的力量引导着,一点点地在我脑海中清晰起来。 我尤其想提一下书中关于内存管理的部分。在Windows 95/98时代,内存管理的概念相对直观,也更容易通过一些直观的工具去观察和理解。书中的讲解,并没有止步于表面,而是深入剖析了虚拟内存、分页、分段等核心机制,并且将这些理论与Windows 95/98的实际内存分配和回收策略相结合。我记得我当年在使用这些系统时,经常会遇到“内存不足”的提示,那时候只是本能地关闭一些程序,现在读了这本书,才恍然大悟,原来这背后牵扯着如此复杂的调度和分配过程。更令我惊喜的是,书中将这些概念与Linux的内存管理做了鲜明的对比,特别是Linux在内存共享、页面置换算法(如LRU的变种)以及对多核处理器内存访问的优化上,书中都给出了非常详尽的阐述。这种对比分析,极大地拓宽了我的视野,让我不再局限于单一操作系统的视角,而是能够从更宏观、更抽象的角度去理解操作系统的本质。书中不仅仅是罗列知识点,更注重于解释“为什么”和“如何做”,比如它会分析不同内存管理策略的优劣,以及在何种场景下哪种策略更优,这种思辨式的讲解方式,对于提升读者的分析能力非常有帮助。

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系统性能调优,是每一个系统管理员和技术爱好者都非常关注的领域。这本书在这方面提供了非常实用的指导。对于Windows 95/98,书中介绍了一些基本的性能优化技巧,比如磁盘碎片整理、内存优化、以及对系统服务的合理配置。虽然这些技巧在今天看来可能有些过时,但它们所蕴含的优化思路,依然具有参考价值。 而在Linux方面,本书对性能调优的讲解则更为系统和深入。书中详细介绍了CPU调度、内存管理、I/O子系统、网络通信等各个方面的调优方法,并提供了大量的工具和命令(如top、vmstat、iostat、netstat等)来帮助读者诊断和解决性能问题。我曾经在Linux服务器上遇到过性能瓶颈,但总是在盲目地尝试各种方法。读了这本书之后,我才明白了,原来调优是一个系统性的工程,需要从整体上把握,并且针对具体问题采取有针对性的措施。书中通过大量的实例和案例分析,让我能够学习到实际工作中如何进行性能诊断和调优,这对于提升我的系统管理能力和解决实际问题的能力,有着非凡的意义。

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安全与权限管理,是操作系统保障系统稳定运行和用户数据安全的重要环节。这本书对这一主题的处理,同样是详尽且深入的。在Windows 95/98时代,用户权限的管理相对简单,但本书依然探讨了用户账户、组、文件和目录的访问控制列表(ACLs)等概念,并解释了它们是如何在操作系统层面实现的。虽然那个时代的安全性机制与现在相比可能显得有些稚嫩,但书中对这些基础概念的讲解,为理解更复杂的安全模型打下了良好的基础。 当转到Linux,本书对用户和组的概念、文件权限(rwx)、SUID/SGID位、粘滞位等细节的剖析,以及SELinux(Security-Enhanced Linux)等强制访问控制(MAC)机制的介绍,更是让我眼前一亮。我曾经在Linux服务器上设置文件权限,但总觉得有些似懂非懂。读了这本书之后,我才明白了,原来Linux的权限体系是如此的精妙和强大,并且通过SELinux等机制,能够提供更深层次的安全保障。书中对审计日志、加密技术在操作系统中的应用,以及如何防范常见的安全威胁(如缓冲区溢出、拒绝服务攻击等)的讨论,都让我对于如何构建一个更安全可靠的系统有了全新的认识。

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网络通信作为现代计算机系统中不可或缺的一部分,这本书也没有避而不谈。在Windows 95/98时期,网络的概念可能更多地停留在拨号上网、局域网共享等层面。然而,本书却将我们带入了TCP/IP协议栈的底层,深入剖析了TCP、UDP、IP等协议的工作原理,以及socket编程接口在应用程序中的应用。我记得当年我为了连接互联网,需要配置IP地址、DNS服务器等一系列参数,读了这本书之后,我才明白,这些配置的背后,是多么庞大和精密的网络协议在支撑着。 而Linux在网络方面的强大和灵活,则在书中得到了充分的体现。书中对Linux内核网络堆栈的讲解,从网络接口驱动到更高级的网络协议处理,都进行了详尽的阐述。我尤其对书中关于网络性能调优的部分感到兴奋,比如TCP拥塞控制算法、滑动窗口机制、以及Linux提供的各种网络工具(如iptables、tc等)的详细介绍。我曾经在搭建网络服务时,遇到过网络延迟高、吞吐量低的问题,但总找不到根源。读了这本书之后,我才明白了,原来这些问题很可能与内核的网络参数配置、I/O调度以及网络协议的选择有关。书中通过大量的实例和命令行演示,让我能够亲手去验证和实践这些概念,这对于提升我的网络故障排除能力和性能优化水平,起到了巨大的作用。

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I/O子系统管理,是操作系统最核心的功能之一。这本书在这方面的讲解,如同一幅精密的蓝图,为我揭示了计算机如何与外部设备进行交互的奥秘。对于Windows 95/98时代,虽然我们习惯了即插即用,但书中所阐述的设备驱动程序模型、中断处理机制、DMA(直接内存访问)技术,让我明白了背后是如何实现的。特别是书中对中断请求(IRQ)和I/O端口的讲解,让那些曾经让我困惑的硬件问题,突然变得豁然开朗。我记得我当年安装一些老旧硬件时,经常会因为驱动不兼容而头疼,这本书让我理解了驱动程序在操作系统中的重要性,以及它们是如何充当硬件与操作系统之间的桥梁的。 当将目光投向Linux时,这本书对I/O调度器(如CFQ、Deadline、NOOP、BFQ)的详细解析,更是让我大开眼界。Linux在I/O调度方面,拥有非常多且成熟的方案,并且允许用户根据实际需求进行选择和调整。书中对这些调度器的工作原理、优缺点以及适用场景的对比分析,让我能够清晰地理解,为什么在不同的工作负载下,选择不同的I/O调度器会对系统性能产生显著的影响。我曾尝试过在Linux服务器上调整I/O调度器,但往往是凭感觉来,效果不尽如人意。读了这本书之后,我才明白,原来这背后是有着深刻的理论依据和大量的实践经验支持的。书中对于块设备驱动、缓冲/缓存机制以及系统调用接口的讲解,也让我对整个I/O流水线有了更全面的认识。

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这本书还包含了一些关于操作系统发展历史和未来趋势的探讨,这让我对接下来的学习和工作有了更清晰的规划。它不仅仅是技术手册,更是一本具有前瞻性的指导书籍。对于Windows 95/98,书中将其定位为个人计算的普及者,而对于Linux,则强调了其开源、灵活、强大的特性,以及在服务器、嵌入式等领域的广泛应用。 书中对未来操作系统发展方向的展望,比如云计算、容器化、微内核技术等,都让我产生了浓厚的兴趣。它让我明白,技术的发展是永无止境的,我们需要不断学习新的知识和技能,才能跟上时代的步伐。这本书所提供的理论基础和实践指导,无疑为我未来的学习和职业发展铺平了道路。它让我不再仅仅是一个操作系统的使用者,而是能够更深入地理解操作系统的本质,并能够对其进行更有效的管理和优化。

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用户界面与用户体验,虽然在操作系统底层技术中可能不是最核心的部分,但这本书并没有忽略它。对于Windows 95/98,书中简要介绍了其图形用户界面(GUI)的设计理念,以及如何通过Shell和用户配置文件来实现个性化设置。虽然那个时代的UI设计相对简单,但书中的讲解,让我们能够理解,即使是简单的界面,也需要背后精心的设计和实现。 而在Linux领域,本书对X Window System(X11)的讲解,以及 GNOME、KDE等主流桌面环境的介绍,让我看到了Linux在用户体验方面的多样性和灵活性。书中不仅描述了这些桌面环境的功能和特点,还探讨了它们是如何通过组件化的方式来实现的,以及如何通过主题、插件等方式进行高度定制。我曾经在Linux上尝试过不同的桌面环境,但总觉得它们之间的差异之处在于外观。读了这本书之后,我才明白,原来这些桌面环境背后,有着不同的设计哲学和技术实现,并且能够满足不同用户的需求。书中对命令行界面(CLI)在Linux中的重要性以及各种常用命令的介绍,也让我看到了另一种高效的用户交互方式。

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